基于傅里叶模方法的KDP晶体镀膜减反技术

采用傅里叶模方法,分析了单点金刚石铣削后KDP晶体表面小尺度波纹的周期和幅值对单层增透膜折射率、厚度以及透射率的影响。研究表明：膜层最佳折射率在1.22左右,在此折射率条件下,保证透射率大于99%的单层增透膜的理想厚度范围应为180~220 nm,并且折射率和膜厚值的选取基本不受晶体表面小尺度波纹周期和幅值的影响。若只考虑SPDT法加工后KDP晶体表面小尺度波纹周期和幅值的实际范围,透射率基本不受波纹周期的影响,但却会随波纹幅值的增大而加速下降。理想镀膜条件下透射率最大值大于99%,并且通常在99.67%~99.94%之间。     

旋涂法制备KDP晶体减反膜

对KDP晶体旋转涂膜过程中的技术问题进行了探讨,包括元件夹持安全性、膜层均匀性、膜层透射比、膜层疏水性能、膜层激光损伤阈值等。分析了晶体元件加速旋转阶段的受力情况,明确了KDP晶体元件在旋涂操作过程中受力状态的安全性。对不同溶剂体系的膜层均匀性进行了判断,在400 mm尺寸的元件上获得了透射比均匀性为0.3%的减反膜。对溶胶进行稳态剪切流变分析得知,在现有的涂膜转速 (对应剪切速率100~200 s-1)范围内,其粘度随着剪切速率的增加几乎不变,近似牛顿流体。在旋涂过程中,处于基底不同位置的溶胶的粘度大致相等,这是影响膜层均匀性的重要原因之一。膜层疏水性能较好,水接触角测试结果大于152。在SiO2基底上制备的减反膜,1053 nm处透射比大于99.8%。在熔石英基片上制备的三倍频减反膜样品的功能性激光损伤阈值约为10 J/cm2（355 nm, 3 ns）。     

KDP晶体增透膜和保护膜性能研究

报道了溶胶－凝胶工艺制备的KDP晶体保护膜、增透膜和它们的性能 。多孔二氧化硅增透膜峰值透射率大于99%,膜层折射率约1.23。对1.06μm,脉宽约1ns的激光,单层膜的激光破坏阈值约10J/cm2左右,有保护膜和增透膜的膜层激光破坏阈值约5～8J/cm2。     

KDP晶体增透膜和保护膜性能研究

 报道了溶胶－凝胶工艺制备的KDP晶体保护膜、增透膜和它们的性能 。多孔二氧化硅增透膜峰值透射率大于99%,膜层折射率约1.23。对1.06μm,脉宽约1ns的激光,单层膜的激光破坏阈值约10J/cm²左右,有保护膜和增透膜的膜层激光破坏阈值约5～8J/cm²。     

利用傅里叶模方法分析厚层光刻胶内衍射光场

建立了描述厚层光刻胶内衍射光场形成过程的物理模型,并利用傅里叶模方法模拟计算和分析了其内部衍射光场分布。该方法考虑了其界面反射、透射及光刻胶复折射率在空间上的缓慢变化对衍射光场的影响,采用该方法模拟光刻胶内衍射光场具有数值计算结果准确、计算速度快的优点。对厚层光刻胶折射率在几种特殊分布情况下衍射光场分布的数值模拟表明,衍射光场与其复折射率的空间分布有关。由于厚层光刻胶折射率在空间上呈缓慢变化的特点,为降低其数值计算量和编程难度,可以将厚层光刻胶近似为折射率随曝光时间变化的光栅。     

KDP晶体单点金刚石车削表面形貌分形分析

 分别使用2维和3维分形方法对单点金刚石车削加工的KDP晶体表面形貌进行了分析,并对表面的3维分形维数和3维粗糙度表征参数进行了比较,分析了二者对表面形貌表征的差异。使用2维轮廓分形方法计算了KDP晶体表面圆周各方向上的分形维数。通过分析得出：3维分形维数与表面粗糙度值成反比关系;使用单点金刚石车削方法加工KDP晶体会形成各向异性特征明显的已加工表面,在一定程度上容易形成小尺度波纹;已加工表面是否具有明显的小尺度波纹特征与表面粗糙度值并无直接关系,但与其表面轮廓分形状态分布密切相关;KDP晶体表面2维功率谱密度与其分形状态具有相近的方向性特征。     

KDP晶体单点金刚石车削表面形貌分形分析

分别使用2维和3维分形方法对单点金刚石车削加工的KDP晶体表面形貌进行了分析,并对表面的3维分形维数和3维粗糙度表征参数进行了比较,分析了二者对表面形貌表征的差异。使用2维轮廓分形方法计算了KDP晶体表面圆周各方向上的分形维数。通过分析得出：3维分形维数与表面粗糙度值成反比关系;使用单点金刚石车削方法加工KDP晶体会形成各向异性特征明显的已加工表面,在一定程度上容易形成小尺度波纹;已加工表面是否具有明显的小尺度波纹特征与表面粗糙度值并无直接关系,但与其表面轮廓分形状态分布密切相关;KDP晶体表面2维功率谱密度与其分形状态具有相近的方向性特征。     

大口径KDP晶体折射率非均匀性检测

KDP晶体的折射率不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配,从而使得三倍频系统的转换效率下降。为了得到KDP晶体折射率非均匀性的高精度检测结果,基于正交偏振干涉法,采用ZYGO MST大口径干涉仪,测量得到了大口径KDP晶体折射率非均匀性分布,其测量精度达到10-7,并通过实验研究了晶体面形对测量结果的影响。对晶体e光折射率非均匀性的高精度检测,为大口径晶体材料生长工艺、加工工艺等改进和提高提供了定量的检测依据。     

KDP晶体全口径最佳入射角优化方法

根据正交偏振干涉测量法(OPI)获得的KDP晶体折射率的空间分布数据求解KDP晶体内部失谐角分布,进而建立了倍频及和频KDP晶体全口径最佳入射角的优化模型和方法。分析讨论了不同折射率畸变程度和不同功率密度入射情况下倍频及和频晶体入射角的变化规律。在此基础上,对KDP晶体的全口径最佳入射角进行了优化。结果表明：当KDP晶体折射率畸变程度较大时,倍频晶体对折射率变化较为敏感,而和频晶体对折射率变化则相对不敏感。在实际工作中,首先在假设倍频晶体折射率分布均匀的前提下,对和频晶体的最佳入射角进行优化,而后通过适当调整倍频晶体及和频晶体的入射角,最终确定倍频晶体及和频晶体的全口径最佳入射角。     

KDP晶体全口径最佳入射角优化方法

根据正交偏振干涉测量法(OPI)获得的KDP晶体折射率的空间分布数据求解KDP晶体内部失谐角分布,进而建立了倍频及和频KDP晶体全口径最佳入射角的优化模型和方法。分析讨论了不同折射率畸变程度和不同功率密度入射情况下倍频及和频晶体入射角的变化规律。在此基础上,对KDP晶体的全口径最佳入射角进行了优化。结果表明:当KDP晶体折射率畸变程度较大时,倍频晶体对折射率变化较为敏感,而和频晶体对折射率变化则相对不敏感。在实际工作中,首先在假设倍频晶体折射率分布均匀的前提下,对和频晶体的最佳入射角进行优化,而后通过适当调整倍频晶体及和频晶体的入射角,最终确定倍频晶体及和频晶体的全口径最佳入射角。     

Rigorous electromagnetic analysis of resonant sub-wavelength metallic gratings by parametric Fourier modal method

Electromagnetic TM modes of metallic lamellar reflection or transmission gratings are analyzed by means of the parametric fourier modal method. We show that the resonant optical response of such devices is due to the excitation of guided waves inside the slits. Our rigorous methods allows us to define a resonance condition number and to calculate the field everywhere inside the grating layer.     

Study on tapered crossed subwavelength gratings by Fourier modal method

Fourier modal method incorporating staircase approximation is used to study tapered crossed subwavelength gratings in this paper. Three intuitive formulations of eigenvalue functions originating from the prototype are presented, and their convergences are compared through numerical calculation. One of them is found to be suitable in modeling the diffraction efficiency of the circular tapered crossed subwavelength gratings without high absorption, and staircase approximation is further proven valid for non-highly-absorptive tapered gratings. This approach is used to simulate the ``moth-eye' antireflection surface on silicon, and the numerical result agrees well with the experimental one.     

新型空间硅太阳电池纳米减反射膜系的优化设计

结合纳米材料折射率（小于1.4）和AM0太阳光谱特性,对空间硅太阳电池的减反射膜进行了设计分析.分别设计了常规材料和纳米材料的双层、三层减反射膜,得到了最佳的膜系参数,并作出了反射率变化曲线.结果发现,采用低折射率纳米材料的三层减反射膜有着更好的减反射效果,新型纳米减反射膜系与采用常规材料的减反射膜系相比,优化后的最小加权平均反射率减小了15%（双层减反射膜）和24.5%（三层减反射膜）. 关键词： 折射率 减反射膜 纳米材料 空间硅太阳电池     

Modification of three dimensional topography of the machined KDP crystal surface using wavelet analysis method

The wavelet analysis method has been extensively employed to analyze the surface structures and evaluate the surface roughness. In this work, however, the wavelet analysis method was introduced to decompose and reconstruct the sampled surface profile signals in the cutting direction that achieved by SPDT (single point diamond turning) operation, and the surface profile signals in tool feeding direction were reconstructed with the approximate harmonic functions directly. And moreover, the orthogonal design method, i.e. the combination design of general rotary method, was resorted to model the variations of the independent frequency and amplitude of different simulated harmonic signals in the cutting and tool feeding directions. As expected resultantly, a novel 3D surface topography modeling solution was established, which aims to predict and modify the finished KDP (potassium dihydrogen phosphate or KH₂PO₄) crystal surfaces. The validation tests were carried out finally under different cutting conditions, and the collected average surface roughness in any case was compared with the corresponding value as predicted. The results indicated the experimental data were well consistent with the predictions, and only an average relative error of 11.4% occurred in predicting the average surface roughness.     

杂质对KDP晶体光学质量的影响

 研究了几类可能出现在KDP晶体的生长溶液中的有机物杂质和无机阴离子杂质基团对KDP晶体散射、透过率、光损伤阈值等光学质量的影响，结果表明，不同种类的杂质的影响并不相同，造成这一结果的根本原因在于杂质离子的结构及其与晶体表面原子成键能力的不同。     

自准直法测GdTaO4晶体折射率

本文利用自准直法在473, 532, 632.8和1064 nm的激光波长上精确地测量出GdTaO₄晶体的折射率, 得到了Sellmeier方程, 并计算了在632 nm处光轴与折射率主轴n_z的夹角为21.75°, 进而得知GdTaO₄晶体是正光性双轴晶体.     

硫酸盐对KDP晶体质量的影响

 利用“点籽晶”快速生长技术生长了掺杂硫酸钾（K₂SO₄）的磷酸二氢钾（KDP）晶体,并对硫酸根类杂质离子对晶体的结构及光学质量的影响进行了研究。结果表明：在掺杂相对含量为50×10^-6条件下,K₂SO₄开始对KDP晶体产生一定影响,主要表现在不同扇形区域的结构略有改变,其原因主要在于硫酸根与KDP晶体各扇形结构有关;杂质粒子对晶体透过率、单轴性没有明显影响,但是热膨胀系数增大,光损伤阈值略有降低。